单桩基础海上风力机水位自适应式防船舶碰撞装置主要包括，外层薄壁钢板结构、软橡胶隔垫结构和自重平衡浮体结构。防船舶碰撞装置是重力与浮力自平衡组合结构，其可以沿风力机单桩基础随水位变化而产生自适应调节的垂向运动。有益效果是：外层薄壁钢板结构可以利用自身塑性变形耗散船舶碰撞能量；软橡胶隔垫层结构可以有效降低传递到塔架结构的船舶碰撞力；利用自重平衡浮体结构的水位自适应设计方案可以有效节省潮位变化较大区域防船舶碰撞装置的布设高度范围；该装置结构设计合理、施工便利、不影响原风力机结构设计、适合已建和计划新建的单桩海上风机基础结构的防船舶碰撞设计。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海洋能利用领域，尤其涉及海上风力机结构的防护设计。
技术介绍
随着海上风电场分布范围的不断扩大，海上各类船舶的意外碰撞事故已成为一个不容回避的重大安全隐患。目前，已建及在建近海风力发电场的风机基础结构主要有单桩式、多桩式、重力式、导管架式、高桩承台式等固定式支撑平台结构，其中，单桩基础形式以其更好的性价比成为最为广泛应用的海上风力机基础形式。但由于单桩基础形式水平刚度较弱的这一实际特点，其在面对船舶意外碰撞这一突发情况时更加危险。海上风力机是一种典型的顶部带有集中大质量的高耸结构，其底部发生的碰撞大变形很容易引起顶部结构的强烈动力响应——终导致整体结构的失稳倒塌。顶部结构(叶片、轮毂和机舱)在重力作用下加速倒向碰撞船体，其结果必然是灾难性的。国内外学很多者进一步指出了船舶碰撞海上风力机防护装置研究的重要性，尽管有学者提出了一些如何避免船舶碰撞海上风力机的有效措施，但面对复杂多变的海洋环境，如何从整体结构上提高海上风力机抵抗船舶碰撞的能力有着更为重要的安全意义。一些学者研究了船舶碰撞桥梁、船舶等其他海上结构物防护防护装置设计方案，并取得了较好的防护效果，但目前还非常缺少有关海上风力机防船舶碰撞装置的设计和工程应用方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提出一种单桩基础海上风力机水位自适应式防船舶碰撞装置。本专利技术的目的是这样实现的：单桩基础海上风力机水位自适应式防船舶碰撞装置，包括单桩基础海上风力机结构和防船舶碰撞装置组合结构；单桩基础海上风力机结构包括风力机、塔架结构、单桩基础，其特征在于所述防船舶碰撞装置组合结构包括薄壁钢板结构、软橡胶隔垫结构和自重平衡浮体结构，所述薄壁钢板结构是套装在单桩基础的水线部位的壳体，壳体在水线上部和下部各有一个与单桩基础相对应的套装孔，套装孔与单桩基础之间有空隙，所述软橡胶隔垫结构是与薄壁钢板结构上套装孔相配合的橡胶垫，橡胶垫的外周面是平面，两个软橡胶隔垫结构的橡胶垫的外周平面分别与薄壁钢板结构上下两个套装孔固定连接，软橡胶隔垫结构的内周面是圆弧面,圆弧面与单桩基础相对,圆弧面与单桩基础表面有间隙，间隙为10～20mm，随水位变化软橡胶隔垫层沿风力机单桩基础能垂向运动；所述自重平衡浮体结构是中密度聚乙烯材料制作的环形箱体，环形箱体沿薄壁钢板结构壳体内面下部布置，与薄壁钢板结构固定连接。本专利技术所述单桩基础海上风力机水位自适应式防船舶碰撞装置，其特征在于所述薄壁钢板结构垂向高度为4m-6m，钢板厚度为5mm-10mm。本专利技术所述单桩基础海上风力机水位自适应式防船舶碰撞装置，其特征在于所述薄壁钢板结构壳体面上不设开孔或设有开孔，设有开孔的，开孔在壳体上均匀布置，开孔的孔径相同或不同，孔径在10cm～20cm,相邻两孔之间的间距为50cm～100cm。本专利技术所述单桩基础海上风力机水位自适应式防船舶碰撞装置，其特征在于所述软橡胶隔垫结构径向厚度0.5m-1.0m，垂向高度1.0m-1.5m。本专利技术所述单桩基础海上风力机水位自适应式防船舶碰撞装置，其特征在于所述软橡胶隔垫结构的橡胶材料是进行防海水腐蚀处理的橡胶材料。本专利技术的有益效果是：1、装置结构设计合理、施工便利、不影响原风力机结构设计、适合已建和计划新建的单桩海上风机基础结构的防船舶碰撞设计。2、装置的水位自适应设计方案可以有效节省潮位变化较大区域防船舶碰撞装置的布设高度范围，节约防护装置造价成本。3、外层薄壁钢板结构可以利用自身塑性变形耗散船舶碰撞能量，特别是开孔式设计可以有效降低用钢成本，降低作用于防护装置的波浪力载荷及便于发挥防护薄壁钢板塑性变形对船舶碰撞能量的吸收，更好地保护风机主体结构安全。4、软橡胶隔垫层可以有效降低传递到塔架结构的船舶碰撞力，其分上下两层的设计方案即也便于外层薄壁钢板(无橡胶接触部分)受碰后的塑性变形耗能，也可以节省橡胶材料沿塔架垂向布置的高度。5、自重平衡浮体结构可以使防护装置的自身重力与浮力平衡，并实现防护装置可沿风力机单桩基础随水位变化而产生自适应调节的垂向运动。6、本专利技术可以广泛地应用于相关其他基础形式海上风力机结构的防船舶碰撞设计。附图说明图1是单桩基础海上风力机水位自适应式防船舶碰撞装置示意图图2是自适应式防船舶碰撞装置剖面示意图图3是自适应式防船舶碰撞装置俯视示意图图中，1、风力机，2、塔架结构，3、单桩基础，4、水位自适应防船舶碰撞装置，5、薄壁钢板结构，6、软橡胶隔垫结构，7、自重平衡浮体结构。具体实施方式以下结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步说明。单桩基础海上风力机水位自适应式防船舶碰撞装置，包括单桩基础海上风力机结构和防船舶碰撞装置组合结构；单桩基础海上风力机结构包括风力机1、塔架结构2、单桩基础3；防船舶碰撞装置组合结构4包括薄壁钢板结构5、软橡胶隔垫结构6和自重平衡浮体结构7；薄壁钢板结构5是套装在单桩基础3的水线部位的壳体，壳体在水线上部和下部各有一个与单桩基础3相对应的套装孔，套装孔与单桩基础3之间有空隙，薄壁钢板结构5垂向高度为4m-6m，钢板厚度为5mm-10mm，薄壁钢板结构5壳体面上不设开孔或设有开孔8，设有开孔的，开孔8在壳体上均匀布置，开孔8的孔径相同或不同，孔径在10cm～20cm,相邻两孔之间的间距为50cm～100cm。软橡胶隔垫结构6是与薄壁钢板结构5上套装孔相配合的橡胶垫，橡胶垫的外周面是平面，两个软橡胶隔垫结构6的外周平面分别与薄壁钢板结构5上下两个套装孔固定连接，软橡胶隔垫结构6的内周面是圆弧面,圆弧面与单桩基础3相对,软橡胶隔垫结构6径向厚度0.5m-1.0m，垂向高度1.0m-1.5m，软橡胶隔垫结构6的橡胶材料是进行防海水腐蚀处理的橡胶材料，圆弧面与单桩基础3表面有间隙，间隙为10～20mm，随水位变化软橡胶隔垫层6沿风力机单桩基础3能垂向运动。自重平衡浮体结构7是中密度聚乙烯材料制作的环形箱体，环形箱体沿薄壁钢板结构5壳体内面下部布置，与薄壁钢板结构5固定连接。实施例1：以发生碰撞船舶吨位为500t，碰撞速度2m/s为例，单桩风力机自适应式防船舶碰撞装置主要结构参数如下：薄壁钢板结构5厚度5mm、布置高度为水面-3m～3m、外层薄壁钢板结构5表面均匀开孔，开口直径0.1m，孔间距0.5m；软橡胶隔垫结构6两层布置，与薄壁钢板结构5布置高度一致，即分别为-3m和+3m，软橡胶隔垫结构6的径向厚度与垂向厚度均为1m，靠近单桩基础(3)的圆弧面的直径为1.0m；自重平衡浮体结构7是中密度聚乙烯材料制作的环形箱体，箱体体积需结合防撞装置整体重量设计，实现防撞装置重力与浮力的自平衡效果。单桩基础海上风力机水位自适应式防船舶碰撞装置的施工安装流程如下：首先，用现有单桩平台施工工艺，将单桩基础3运到装机位置并打桩固定于海底；其次，将防船舶碰撞装置组合结构4的薄壁钢板结构5、软橡胶隔垫结构6和自重平衡浮体结构7进行岸上组装，用专业施工船将组装好的防护装置4运到装机位置安装在单桩支撑结构3上，最后，安装风力机塔架结构2和顶部风力机1，完成单桩基础海上风力机水位自适应式防船舶碰撞装置的施工安装。本文档来自技高网...
【技术保护点】
单桩基础海上风力机水位自适应式防船舶碰撞装置，包括单桩基础海上风力机结构和防船舶碰撞装置组合结构；单桩基础海上风力机结构包括风力机(1)、塔架结构(2)、单桩基础(3)，其特征在于所述防船舶碰撞装置组合结构(4)包括薄壁钢板结构(5)、软橡胶隔垫结构(6)和自重平衡浮体结构(7)，所述薄壁钢板结构(5)是套装在单桩基础(3)的水线部位的壳体，壳体在水线上部和下部各有一个与单桩基础(3)相对应的套装孔，套装孔与单桩基础(3)之间有空隙，所述软橡胶隔垫结构(6)是与薄壁钢板结构(5)上套装孔相配合的橡胶垫，橡胶垫的外周面是平面，两个软橡胶隔垫结构(6)的橡胶垫的外周平面分别与薄壁钢板结构(5)上下两个套装孔固定连接，软橡胶隔垫结构(6)的内周面是圆弧面,圆弧面与单桩基础(3)相对,圆弧面与单桩基础(3)表面有间隙，间隙为10～20mm，随水位变化软橡胶隔垫层(6)沿风力机单桩基础(3)能垂向运动；所述自重平衡浮体结构(7)是中密度聚乙烯材料制作的环形箱体，环形箱体沿薄壁钢板结构(5)壳体内面下部布置，与薄壁钢板结构(5)固定连接。
【技术特征摘要】
1.单桩基础海上风力机水位自适应式防船舶碰撞装置，包括单桩基础海上风力机结构和防船舶碰撞装置组合结构；单桩基础海上风力机结构包括风力机(1)、塔架结构(2)、单桩基础(3)，其特征在于所述防船舶碰撞装置组合结构(4)包括薄壁钢板结构(5)、软橡胶隔垫结构(6)和自重平衡浮体结构(7)，所述薄壁钢板结构(5)是套装在单桩基础(3)的水线部位的壳体，壳体在水线上部和下部各有一个与单桩基础(3)相对应的套装孔，套装孔与单桩基础(3)之间有空隙，所述软橡胶隔垫结构(6)是与薄壁钢板结构(5)上套装孔相配合的橡胶垫，橡胶垫的外周面是平面，两个软橡胶隔垫结构(6)的橡胶垫的外周平面分别与薄壁钢板结构(5)上下两个套装孔固定连接，软橡胶隔垫结构(6)的内周面是圆弧面,圆弧面与单桩基础(3)相对,圆弧面与单桩基础(3)表面有间隙，间隙为10～20mm，随水位变化软橡胶隔垫层(6)沿风力机单桩基础(3)能垂向运动；所述自重平衡浮体结构(7...
【专利技术属性】
技术研发人员：任年鑫，李玉刚，马哲，李炜，潘扬，唐佩瑶，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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